تقنية جديدة تحسن أداء الروبوتات الطائرة الدقيقة

قام باحثون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا بتطوير تقنية تصنيع جديدة تمكن من إنتاج عضلات اصطناعية لطيفة وذات كثافة طاقة عالية ومتانة عالية لروبوتات دقيقة جوية. تعمل العضلات الاصطناعية بفولتية منخفضة بنسبة 75٪ وتحمل حمولة أكبر بنسبة 80٪. العضلات الاصطناعية التي تنتجها تقنية التصنيع هذه لديها أيضًا عيوب أقل ، مما يطيل من عمر المكونات.

عضلات اصطناعية مع عيوب أقل

تعمل العضلات اللطيفة بفولتية أقل بنسبة 75٪ وتحمل حمولة أكبر بنسبة 80٪. العضلات الاصطناعية التي تنتجها تقنية التصنيع هذه لديها أيضًا عيوب أقل ، مما يطيل من عمر المكونات.

كيفن تشين هو أستاذ مساعد في قسم الهندسة الكهربائية والحاسوبية. وهو أيضًا رئيس مختبر الروبوتات اللطيفة والمايكروية في مختبر الأبحاث الإلكترونية (RLE) والكاتب الرئيسي للبحث.

“هذا يفتح الكثير من الفرص في المستقبل لنا للانتقال إلى وضع إلكترونيات القوة على روبوت دقيق. الناس يعتقدون أن الروبوتات اللطيفة ليست قادرة مثل الروبوتات الصلبة. نحن نثبت أن هذا الروبوت ، الذي يزن أقل من غرام ، يطير لأطول وقت مع أصغر خطأ خلال رحلة تحليق. الرسالة هي أن الروبوتات اللطيفة يمكن أن تتجاوز أداء الروبوتات الصلبة” ، يقول تشين.

نشر البحث في مواد متقدمة.

الروبوت المستطيل يزن أقل من ربع بنس ، ولديه أربعة مجموعات من الأجنحة التي يتم تشغيل كل منها بواسطة عضلة لطيفة. العضلات الشبيهة بالعضلات تتكون من طبقات من المطاط التي تجلس بين两个 كهربائي رقيق. عندما يتم تطبيق الفولتية على العضلة ، يضغط الكهربائي على المطاط ، مما يؤدي إلى انقباض ميكانيكي يحرك الجناح.

تمكن الفريق من إنشاء عضلة مع 20 طبقة ، كل طبقة تبلغ 10 ميكرومتر في السُمك.

عملية التغطيس الدوراني

واحدة من العقبات الكبيرة التي واجهها الفريق كانت في عملية التغطيس الدوراني ، والتي تتضمن سكب مطاط على سطح مسطح ودواره بسرعة. يؤدي قوة الطرد المركزي إلى سحب الفيلم إلى الخارج لتصبح أرق.

“في هذه العملية ، يعود الهواء إلى المطاط ويتسبب في خلق الكثير من الفقاعات الهوائية الدقيقة. قطر هذه الفقاعات الهوائية يبلغ حوالي 1 ميكرومتر ، لذلك في السابق كنا ن忽لهم. ولكن عندما تصبح الطبقات أرق وأرق ، يصبح تأثير الفقاعات الهوائية أقوى وأقوى. هذا هو السبب التقليدي الذي لم يتمكن الناس من صنع هذه الطبقات الرقيقة” ، يشرح تشين.

من خلال أداء عملية تفريغ الهواء بعد التغطيس الدوراني ، يتم إزالة الفقاعات الهوائية ويمكن للمطاط أن يُخبز حتى يجف.

من خلال إزالة هذه العيوب ، يزيد خرج الطاقة للعضلة بنسبة أكثر من 300٪ ، ويتحسن عمرها بشكل كبير.

استخدم الباحثون هذه التقنيات لإنشاء عضلة اصطناعية مع 20 طبقة ، والتي تم اختبارها ضد إصدارهم السابق ذي 6 طبقات وآلات صلبة متقدمة.

عضلة 20 طبقة ، التي تتطلب أقل من 500 فولت للتشغيل ، أبدت قوة كافية لإعطاء الروبوت نسبة رفع إلى وزن تبلغ 3.7 إلى 1 ، مما يعني أنه يمكنه حمل عناصر بحوالي ثلاث مرات وزنه.

أجرى الفريق أيضًا رحلة تحليق ناجحة لمدة 20 ثانية ، والتي وفقًا لتشين ، هي أطول رحلة تحليق مسجلة على الإطلاق بواسطة روبوت أقل من غرام.

“منذ عامين ، قمنا بإنشاء العضلة الأكثر كثافة للطاقة ويمكنها الطيران بالكاد. بدأنا نتساءل ، هل يمكن للروبوتات اللطيفة أن تتنافس مع الروبوتات الصلبة؟ لقد لاحظنا عيبًا تلو الآخر ، لذا استمرنا في العمل وحلنا مشكلة تصنيع واحدة تلو الأخرى ، والآن أداء العضلة اللطيفة يلحق بالروبوتات الصلبة. إنهم حتى أفضل قليلاً من الآلات الصلبة المتقدمة. ولا تزال هناك بعض العمليات التصنيعية في العلوم المواد التي لا نفهمها. لذا ، أنا متحمس جدًا لمواصلة تقليل جهد التشغيل” ، يقول.

الآن يبحث الفريق في طرق أكثر دقة من التغطيس الدوراني لجعل الطبقات أرق. يأمل تشين أن يتم خفض السُمك إلى 1 ميكرومتر فقط.